A Multi-Criteria Framework for Circular Carbon Pathways: Integrating Life-Cycle Sustainability, Techno-Economics, and System Optimization

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a systematic framework integrating LCA, TEA, and optimization for evaluating transport decarbonization options; useful for energy systems and sustainability assessment researchers.

🏢実務担当者:Corporate sustainability teams can use the framework to assess investments in hydrogen, electric, and e-fuel pathways for fleet and fuel procurement decisions.

🏛政策担当者:Offers evidence-based analysis on how local conditions shape optimal decarbonization pathways; supports design of transport fuel mandates and infrastructure policies.

パリ協定は、世界平均気温の上昇を産業革命前の水準と比較して2°Cを十分に下回る水準に抑えるという目標を設定し、同時に1.5°Cに抑えるための努力を追求する。これらの目標を達成するには、主要な排出部門すべてにわたる深い脱炭素化が必要であり、その中でも運輸部門は、化石燃料への継続的な依存と世界の温室効果ガス排出への多大な貢献により、特に困難な課題となっている。したがって、運輸部門におけるカーボンニュートラルは、車両および推進技術の進歩だけでなく、水素、電気、持続可能に生産された液体および気体の炭素系燃料を含む低炭素エネルギーキャリアの導入にも依存している。これらの新興経路の環境的および経済的影響を厳密に理解することは、効果的な政策および投資決定に情報を提供するために不可欠である。このような背景から、本研究は、ライフサイクルアセスメント（LCA）、技術経済分析（TEA）、および最適化を統合した包括的なフレームワークを開発し、運輸およびエネルギーシステムにおける循環型低炭素経路を評価するものであり、特にサウジアラビアおよびより広範な世界的適用に重点を置いている。このフレームワークは、従来のLCA、将来志向型LCA、惑星境界ベースのLCAを含む複数のライフサイクルアセスメントの視点を、TEAおよび数学的最適化とともに組み込み、環境的、経済的、およびシステム的観点から技術的代替案の体系的な評価を可能にする。本研究は、相互に関連する4つの研究テーマを中心に構成されている。第一に、サウジアラビアにおける都市バス輸送の脱炭素化オプションを、ウェル・トゥ・ホイールおよびタンク・トゥ・ホイールのシステム境界の下で、ディーゼル、バッテリー電気、水素燃料電池バスを比較することにより調査する。第二に、乗用車のエネルギーキャリアおよびパワートレイン技術の世界的な環境評価を実施し、発電および燃料生産経路における地域的な不均一性を明示的に考慮する。第三に、サウジアラビアの文脈におけるパワー・トゥ・フューエルシステムのライフサイクル環境および技術経済的パフォーマンスを評価する。これには、e-メタノール、メタノール・トゥ・ガソリン、メタノール・トゥ・ジェット、フィッシャー・トロプシュディーゼルおよびジェット燃料経路が含まれ、代替電解槽技術（PEM、AEL、SOEC）および二酸化炭素供給オプション（ポイントソース回収および直接空気回収（DAC）を含む）にわたって評価される。第四に、再生可能エネルギーの変動性およびReFuelEU AviationやCORSIAなどの政策制約を明示的に考慮しながら、世界の電気合成持続可能な航空燃料（e-SAF）経路を最適化するための混合整数線形計画法（MILP）フレームワークを開発する。調査結果は、単一の脱炭素化経路が普遍的に最適であるわけではなく、むしろ好ましい戦略は、エネルギーミックス、インフラの利用可能性、資源賦存量、政策コンテキストを含む、地域的および局所的条件に強く依存することを示している。結果はさらに、運輸およびエネルギーシステム全体にわたる大幅な排出削減を可能にする上で、再生可能エネルギーの統合、二酸化炭素の調達、循環型炭素利用、およびシステムレベルの最適化が中心的な役割を果たすことを強調している。総合すると、本研究はサウジアラビアのVision 2030エネルギー移行を支援する政策関連のエビデンスを提供し、世界的な脱炭素化努力に広く関連する方法論的進歩を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The Paris Agreement sets the objective of limiting the increase in global average temperature to well below 2°C above pre-industrial levels, while pursuing efforts to restrict the increase to 1.5°C. Achieving these targets requires deep decarbonization across all major emitting sectors, among which transport remains particularly challenging because of its continued reliance on fossil fuels and its substantial contribution to global greenhouse gas emissions. Carbon neutrality in the transport sector therefore depends not only on advances in vehicle and propulsion technologies, but also on the deployment of low-carbon energy carriers, including hydrogen, electricity, and sustainably produced liquid and gaseous carbon-based fuels. A rigorous understanding of the environmental and economic implications of these emerging pathways is thus essential for informing effective policy and investment decisions. Against this background, this work develops a comprehensive framework integrating life-cycle assessment (LCA), techno-economic analysis (TEA), and optimization to evaluate circular low-carbon pathways in transport and energy systems, with particular emphasis on Saudi Arabia and broader global applications. The framework incorporates multiple life-cycle assessment per spectives, including conventional LCA, prospective LCA, and planetary boundary-based LCA, together with TEA and mathematical optimization, in order to enable a systematic evaluation of technological alternatives from environmental, economic, and systems perspectives. The work is structured around four interconnected research themes. First, it investigates decarbonization options for urban bus transport in Saudi Arabia by comparing diesel, battery electric, and hydrogen fuel cell buses under well-to-wheel and tank-to-wheel system boundaries. Second, it conducts a global environmental assessment of passenger vehicle energy carriers and powertrain technologies, explicitly accounting for regional heterogeneity in electricity generation and fuel production pathways. Third, it evaluates the life-cycle environmental and techno-economic performance of power-to-fuel systems in the Saudi Arabian context, including e-methanol, methanol-to gasoline, methanol-to-jet, and Fischer–Tropsch diesel and jet fuel pathways, across alternative electrolyzer technologies (PEM, AEL, and SOEC) and carbon dioxide supply options, including point-source capture and direct air capture (DAC). Fourth, it develops a mixed-integer linear programming (MILP) framework for optimizing global electro-sustainable aviation fuel (e-SAF) pathways while explicitly accounting for renewable energy variability and policy constraints such as ReFuelEU Aviation and CORSIA. The findings show that no single decarbonization pathway is universally optimal; rather, the preferred strategy depends strongly on local and regional conditions, including the energy mix, infrastructure availability, resource endowments, and policy context. The results further highlight the central roles of renewable energy integration, carbon dioxide sourcing, circular carbon utilization, and system-level optimization in enabling substantial emissions reductions across transport and energy systems. Taken together, this work provides policy-relevant evidence to support Saudi Arabia’s Vision 2030 energy transition and offers methodological advances of broader relevance to global decarbonization efforts.

• openalex https://doi.org/10.25781/kaust-041g3first seen 2026-07-27 04:53:55